Table of Contents

М'які робототехніки швидко виявляються як трансформативна технологія для розвідки простору. На відміну від традиційних жорстких роботів, побудованих з металевих з'єднань і механічних рук, м'які роботи будуються з гнучких, сильних матеріалів, які можуть деформуватися, розтягувати, і вичавити через тісні пробіли. Цей властивий адаптивність робить їх виключно добре придатними для непередбачуваних, суворих і часто обмежених середовищ, що зустрічаються під час космічних місій, включаючи орбітальне обслуговування, планетарні поверхневі розвідки, і глибокі космічні дослідження. Як космічні агентства і приватні компанії, які просувають до більш амбітних наукових цілей, унікальні можливості м'яких робототехніки пропонують перспективний шлях вперед.

Що робить м'які роботи для космосу?

Традиційні робочі місця — так як робототехніки на Міжнародній космічній станції (ІСС) або маршових маніпуляторах — завищені, жорсткі системи. Вони неймовірно здатні, але також вразливі до пошкоджень від ударів, розтоплених частинок або теплового розширення. М'які роботи, навпаки, використовують матеріали, такі як еластомери, силікони, і формо-меморові полімери. Їхній складний характер дозволяє їм поглинати шоки, конформувати нерівні поверхні, а також безпечно взаємодіяти з ніжними предметами, включаючи біологічні зразки або чутливі інструменти. Ця адаптабельність знижує ризик випадкового пошкодження при дозуванні, ремонту, або збору зразків.

Поточні виклики в м'яких робототехніки

Незважаючи на свою обіцянку, розгортання м’яких роботів в космосі представляє кілька заміських інженерних і наукових глухих, які дослідники активно працюють над подоланням.

Матеріал довговічність в екстремальних середовищах

Космічна навколишнє середовище непередбачувана. М'які роботи повинні витримати екстремальні перепади температур (від -150°C в тіні до +120°C в прямій сонячних променів), високий вакуум, інтенсивний ультрафіолетовий і космічний випромінювання, а атомна ерозія кисню на низькоземної орбіти. Найбільш поширені м'які матеріали швидко деградуються в цих умовах. Дослідники тепер досліджують радіаційно-стійкі силіконові речовини, самозбиральні полімери, і композиційні матеріали, які включають захисні покриття або вбудовані волокна для підтримки гнучкості, зберігаючи при цьому тривалий вплив.

Контрольно-правова точність

М'які роботи не мають жорстких з'єднань і кодувальників звичайних роботів, що робить точний контроль важко. Традиційні пропорційно-інтегральні контролери (PID) часто не вдається при нанесенні на м'які, нелінійні системи. Нові стратегії управління – включаючи модельні, навчальні та гібридні підходи, які розвиваються. Наприклад, дослідники на NASA Інноваційні передові концепції (NIAC)]] програми досліджуються м'які активатори, які використовують пневматичні або електроактивні полімери, які можна точно регулювати з розширеними характеристиками.

Енергоефективність

Космічні місії вимагають високоефективних енергетичних систем. Багато м'яких робототехнічних конструкцій спираються на пневматичні або гідравлічні дії, які вимагають сипучих компресорів або рідинних водойм. Нові інновації зосереджені на легких, твердотільних реактиваторів, таких як діелектричні еластомери, формо-меморські сплави, і термоактивні полімери, які можуть працювати з мінімальною потужністю. Інтеграція цих з гнучкими батареями або енергозберігаючі системи є активною зоною досліджень.

Розгортання та відновлення механізмів

Як ви запустили шайби робот і забезпечити його розгортання правильно в мікрогравітності? М'які роботи повинні бути пропущені компактно під час запуску для зменшення обсягу і маси, потім надійно розгортається або заглиблюється один раз на орбіті. Це вимагає ретельного структурного дизайну, систем інфляції, а іноді і сакруальної упаковки. Відновлення - вилучення або відреагування м'якого робота після місії -adds іншого шару складності, особливо для завдань, таких як захоплення орбітальних сміття або повернення зразків.

Інновації Схема руху поля

За останні десятиліття значні прориви в матеріалах науки, виробництва та штучного інтелекту прискорили розвиток космічних м'яких роботів.

Полімери та самозаготовчі матеріали

Форми-меморійні полімери (SMPs) можуть бути запрограмовані для зміни форми у відповідь на тепло, світло або магнітні поля. У просторі ці матеріали дозволяють м'який робот для морфу від компактної конфігурації запуску в функціональний інструмент або захоплення. Самоклеючі полімери, які ремонтують мікрокраки, викликані радіаційними або мікрометеороїдними ударами, активно досліджуються командами, такими як на Jet Propulsion Laboratory. Ці матеріали можуть різко продовжити оперативне життя м'яких роботів на довгомірних місіях.

Біо-інтерспіровані проекти для делікаційної маніпуляції

Природа надає елегантні рішення для багатьох проблем, які зіткнулися в просторі. М'які роботи, натхненні октопусними ручками, слоновими стовбурами, або віне сухожиллями, можуть обгорнути нерівновидні об'єкти, закріпити себе без подрібнення, і навігувати через вузькі щілини. Наприклад, м'який робототехніка на основі хрещення механізму герінгера була протестована для захоплення простору сміття. Аналогічно, черв'ячні герметизовані роботи призначені для люка через складні внутрішні структури звичок або космічних апаратів.

Інтеграція з штучним інтелектом та машинним навчанням

М'які роботи виробляють комплекс, високовимірний рух, який важко моделювати аналітично. алгоритми машинного навчання — це специфічно арматурні навчальні та глибокі нейромережі — можуть автоматично вивчати правила контролю від даних датчиків. Це дозволяє м'яким роботам адаптувати свою поведінку в реальному часі для зміни умов навколишнього середовища, таких як різна текстура поверхні на астероїдних або несподіваних перешкодах всередині місця проживання. AI також дозволяє прогнозувати технічне обслуговування: м'який робот може виявити матеріал втоми і регулювати його роботу, щоб уникнути невдач.

Специфіка застосування в космічних місіях

Ми розробляємо для реальних додатків, які працюють на основі технології, що дозволяє використовувати різні можливості для використання в світі.

Видалення та видалення сміття

М'які захоплення можуть безпечно відірвати супутники або сміття без виклику фрагментації або вибуху. Команда з Європейського космічного агентства (ESA) випробувала м'яку робочу руку для захоплення шпинделя простору. Стійкість природи люцера знижує ударні сили і може конформувати нерегулярні форми, що робить його ідеальним для неконтрольованих цілей.

Планетарна обробка поверхонь

М'які роботи можуть доповнювати традиційні ровери, використовуючи круті схили, сипучий регулянт (нафта), і тріщини на Місяці або Марсі. Змійкоподібний м'який робот може перехитатися в лави труби, що забезпечує вчені з прямим доступом до ніколи не переповнених субсерфреце-середовищних середовищ. Незліченні м'які маніпулятори можуть також використовуватися для збору крихких рок або зразків льоду з мінімальним порушенням.

Астероїдне заміну та внесення ресурсів

М'які роботи, призначені для захоплення та процесу астероїдного матеріалу, можуть бути використані в в situ ресурсоутворення (ISRU). Їх здатність адаптуватися до нерівних, низькогравітних поверхонь робить їх особливо придатними для закріплення та гірничодобувних операцій. М'які активатори можуть бути інтегровані з термічними буровими системами для вилучення водного льоду від лунару або мартіанського облоліту.

КОМПЛЕКСНІ КОМПЛЕКСНІ КОМПЛЕКСНІ КОМПЛЕКСНІ КОМПЛЕКСНІ КОМПЛЕКСНІ КОМПЛЕКСНІ КОМПЛЕКСНІ КОМПЛЕКСНІ КОМПЛЕКСНІ КОМПЛЕКСНІ КОМПЛЕКСНІ КОМПЛЕКСНІ КОМПЛЕКСНІ КОМПЛЕКСНІ КОМПЛЕКСНІ КОМПЛЕКСНІ КОМПЛЕКСНІ КОМПЛЕКСНІ КОМПЛЕКСНІ КОМПЛЕКСНІ КОМПЛЕКСНІ КОМЕРЦІЙНІ КОМПЛЕКСНІ КОМПЛЕКСНІ КОМПЛЕКСНІЮ

М'які робототехнічні екзо скелети і костюми можуть допомогти астронавти під час проведення позачергових заходів (простірки). Ці гарніри дозволять підтримувати без порушення руху, зменшення втоми і ризику травм. Внутрішнє, м'які робототехнічні руки можуть допомогти з завданнями, такими як управління інвентарем, медичні процедури або годування, всі при роботі безпечно біля людини.

Майбутнє Outlook та наступні кроки

Дорога попереду для м'яких робототехніки в космосі є складним і захоплюючим. За наступний декаплікацію ми очікуємо, щоб побачити більше демонстрацій польоту м'яких компонентів - наприклад, болгарки, надувні звички, або сенсорні шкіри - на ІС або невеликих супутникових місіях. Продовжити мініатурацію приводів і датчиків, поєднані з розвиненим AI, дозволить більш автономним операціям.

Один перспективний напрямок - розробка систем «гібрид», які об'єднують жорсткі і м'які елементи для кращої продуктивності планети. Наприклад, робототехніка може мати жорсткий скелет для міцності і м'якої зовнішньої шкіри для безпечного контакту. Ще один передній - це добавка виготовлення (3D-друк) м'яких робочих частин в просторі, що дозволяє астронавти тканинувати користувальницькі інструменти і компоненти ремонту на вимогу, використовуючи сировину з Землі або навіть місцевих ресурсів.

Як розвивається космічна економіка, з планованими місячними базами, місіями Марса та астероїдним гірничодобувним обладнанням, буде відігравати важливу роль у виготовленні цих кермів безпечніше, ефективніше та більш стійкий. Можливість адаптувати, вижити та працювати в екстремальних умовах без ризику пошкодження себе або її навколишнього середовища робить м'які робототехніки ключ, що дозволяє технології для наступного покоління просторових досліджень.

В результаті, в той час як суттєві проблеми залишаються в матеріальній довговічності, контролю та розгортання, швидкого прогресу в біоінспірованих дизайнах, смарт-матеріалах та штучному інтелекті, що приносять м'які робочі місця ближче до реальності. На найближчі роки обіцяє стати трилерним періодом інновацій, оскільки ці пряники, резиденція машини допомагають нам досягти набагато більшого в космосі, ніж раніше.